第三节第三节 真核生物基因的转录真核生物基因的转录 一、真核生物基因转录概述一、真核生物基因转录概述（一）真核生物的转录和原核生物转录的不同点：（一）真核生物的转录和原核生物转录的不同点： 1 1、原核细胞只有一种、原核细胞只有一种RNARNA聚合酶，而真核细胞聚合酶，而真核细胞 有三种聚合酶；有三种聚合酶； 2 2、启动子的结构特点不同，真核基因有三种不、启动子的结构特点不同，真核基因有三种不 同的启动子和有关的元件；同的启动子和有关的元件； 3 3、真核基因的转录有很多蛋白质因子的介入真核基因的转录有很多蛋白质因子的介入 （二）真核生物（二）真核生物RNA聚合酶（三种）聚合酶（三种）类型类型ⅠⅡⅢ转录产物转录产物rRNA:18s,5.8s,28stRNA,5srRNA,snRNAhnRNA对鹅膏蕈碱的反应对鹅膏蕈碱的反应不敏感不敏感高度敏感高度敏感不同物种敏感性不同不同物种敏感性不同 （三）真核生物（三）真核生物RNA 聚合酶聚合酶（（RNA Pol II））§与模板结合；与转录起始、延伸有关与模板结合；与转录起始、延伸有关§与与DNA、、底物和新生的底物和新生的RNA结合结合§负责酶的装配负责酶的装配250KDa130KDa40KDa40KDa§ 由由8~14个亚基组成，分子质量为个亚基组成，分子质量为500KDa 附：真核基因在转录时附：真核基因在转录时RNARNA聚合酶聚合酶需要多种需要多种 转录因子转录因子的协助的协助Pol ITBPTAFIs （四）转录因子（四）转录因子1 1、通用、通用因子因子(General factor)（（1 1）是所有启动子起始）是所有启动子起始RNA合合成成所所必须必须（（2 2）与）与RNA 聚合酶在起始位点聚合酶在起始位点周围形成复周围形成复合合体体，， 并并决定决定起始的位起始的位置置。
Pol ITBPTAFIsPol III(B’’, TBP, BRF)TF III B 2 2、上游因子、上游因子(Upstream factor)（（1 1）识别并与启动子上游元件结合）识别并与启动子上游元件结合（（2 2）与上游元件结合可）与上游元件结合可增加转录增加转录起始的起始的效率效率UBF1上游元件上游元件Startpoint （五）启动子（五）启动子 RNA 聚合酶聚合酶ⅠⅠ的启动子：位于转录起点上游的启动子：位于转录起点上游 RNA 聚合酶聚合酶ⅡⅡ的启动子：位于转录起点上游的启动子：位于转录起点上游RNA 聚合酶聚合酶III的启动子：位于转录起点下游的启动子：位于转录起点下游基因内启动子基因内启动子 二、二、RNA 聚合酶聚合酶 I 基因的转录基因的转录（一）（一）rRNA基因（基因（Ribosomal RNA Genes ）） 多拷贝基因多拷贝基因 1 1、核心启动子、核心启动子（（core promoter））或或核心元件核心元件：： 位于位于-45 -45 ~ +20+20，负责转录的起始负责转录的起始2 2、上游控制元件、上游控制元件（（upstream control element ））：： 位于位于-180 -180 ~ -107-107，可增加转录起始的效率。
可增加转录起始的效率二）（二）RNA聚合酶聚合酶Ⅰ启动子启动子人类人类RNA Pol I的启动子的启动子上游控制元件（上游控制元件（UCE））startpointCTCCGAGTCGNNNNNNTGGGCCGCCGG核心启动子（核心启动子（core element））+20-40-110-170 （三）（三）RNA Pol I的辅助因子的辅助因子(UBF1 & SL1)1、上游结合因子（、上游结合因子（UBF1））（（1）可以与）可以与UCE结合结合（（2）可与核心元件的一段序列结合）可与核心元件的一段序列结合（（3）两个）两个UBF1通过蛋白－蛋白相互作用而相互结通过蛋白－蛋白相互作用而相互结合，导致在两个结合位点间的合，导致在两个结合位点间的DNA形成一个环状形成一个环状结构UBF1UBF1 2、选择因子、选择因子1（（SL1））（（1）组成：）组成：4个亚基个亚基 a、、TBP (TATA-binding protein): 是保证是保证RNA pol 准确结合到起始位点的一个准确结合到起始位点的一个关键因子关键因子 b、其他的三个亚基、其他的三个亚基TAF：（：（TBP 相关因子相关因子）） 为为RNApol I转录所需的亚基称为转录所需的亚基称为TAFI（（2 2）功能：）功能：是是使使RNA 聚合酶聚合酶正正确确的的定定位在起始位位在起始位点。
点 UBF1UBF1上游控制元件（上游控制元件（UCE））startpointCTCCGAGTCGNNNNNNTGGGCCGCCGG核心启动子（核心启动子（core element））+20-40-110-170+1SL1TBPTAFIsPol ITBPTAFIsRNA 聚合酶聚合酶 I 基因转录起始基因转录起始 三、三、RNA 聚合酶聚合酶III 基因的转录基因的转录（一）（一）tRNA基因的转录基因的转录 1、启动子、启动子----基因内启动子基因内启动子（（1）启动子的两个保守序列：）启动子的两个保守序列： A框（框（5’-TGGCNNAGTGG-3’)；； B框框(5’-GGTTCGANNCC-3’) （（2））A框和框和B框编码的序列：框编码的序列： A框框----D-loop；； B框框---- TψC-loop 2、、tRNA基因转录因子基因转录因子（（1））TFⅢC：：识别识别boxB（（2））TFⅢB：与：与A框上游框上游50kb上游序列结合上游序列结合 a、组成、组成: TBP、、BRF、、B” b、功能：是、功能：是RNA聚合酶聚合酶Ⅲ真正的起始因子真正的起始因子 Pol IIITF III CboxBboxATF III B3、、tRNA基因转录的起始基因转录的起始 （二）（二）5S rRNA 基因的转录基因的转录1、、 5S rRNA 基因：基因： 特点：串连排列，形成基因簇特点：串连排列，形成基因簇 （是唯一单独被转录的（是唯一单独被转录的rRNA亚基）亚基）2、启动子：、启动子： C框框 ；；A框框 3、转录因子：、转录因子：(1) TFIIIA ：结合位点为：结合位点为C box 。
2) TFIIIC(3) TFIIIB：： TBP + BRF + B// 4、、5s rRNA 基因转录的起始基因转录的起始boxAboxCTF III ATF III CTF III BPol III(B’’, TBP, BRF) 四、四、RNA 聚合酶聚合酶 II 基因的转录基因的转录（一）（一）RNA聚合酶聚合酶 II 的启动子的启动子 1、组成：、组成： 核心启动子核心启动子（（core promoter）：）： TATA盒盒（（Hogness box）：）： - 25 ~ -35bp 上游启动子上游启动子（（upstream promoter element，，UPE）） CAAT盒盒 ：：-70 ~ -80区区 GC盒盒：：-80 ~ -110区区-20-40-60-80-100GCCACACCCGGCCAATCATATAAGCCAATTATA 2、核心启动子（、核心启动子（core promoter）：）：（（1））TATA盒盒（（Hogness box）：）： a、位置：、位置： - 25 ~ -35bp b、序列特征：富含、序列特征：富含AT，， 5’-TATA(A/T)A(A/T)-3’. c、功能：决定、功能：决定RNApol II的定位与转录精确起始的定位与转录精确起始 （（2 2）起始子）起始子(initiator，，Inr) 与转录起始位点重叠的短的较保守序列与转录起始位点重叠的短的较保守序列附：附：缺缺少少TATA 盒盒启动子启动子（（1）无）无TATA盒，只有一个起始子盒，只有一个起始子（（2）既无）既无TATA框，也无起始子，这种基因通常框，也无起始子，这种基因通常转录速率很低，起始点不固定。
转录速率很低，起始点不固定 3 3、上游启动子、上游启动子（（upstream promoter element，，UPE）） （（1 1）位置：）位置： CAAT盒盒 ：：-70 ~ -80区区（（ -70区）区） GC盒盒：：-80 ~ -110区区（（-90区）区） （（2）功能：）功能： 控制转录起始的频率控制转录起始的频率 （基本不参与起始位点的精确定位）（基本不参与起始位点的精确定位） （（3）功能特点：正反方向排列均能发挥作用）功能特点：正反方向排列均能发挥作用 （（4）上游元件的多样性）上游元件的多样性OctamerCAATGCTATAStartpointSV40 early胸苷激酶胸苷激酶ThymidinekinaseHistone H2B-140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 上游元件的多样性上游元件的多样性§真核真核RNA 聚合酶聚合酶II 启动子包含启动子包含着着TATA 盒盒、、CAAT 盒盒、、GC 盒盒以以及及其其他他序列序列元件元件之之间间的不同组合。
的不同组合§没有哪一种上游元件是所有启动子所共同没有哪一种上游元件是所有启动子所共同必需的必需的 哺乳类哺乳类 RNA聚合酶聚合酶 II 启动子的常见组件启动子的常见组件Module Consensus DNA bound Factor DistributionTATA box TATAAAA ~10bp TBP GeneralCAAT box # GGCCAATC ~22bp CTF/NF1 GeneralGC box GGGCGG ~20bp SP1 GeneralOctamer # ATTTGCAT ~20bp Oct-1 General `` `` 23bp Oct-2 Lymphoid B GGGACTTTCC ~10bp NF B Lymphoid `` `` ~10bp H2-TF1 GeneralATF GTGACGT ~20bp ATF General# 同一组件可被不同因子识别/结合 CAATCP1(-globin), CP2(-fibrinogen), CP3 OctamerOct-1, Oct-2(immunoglobulin in Lymphoid) （二）（二）RNA聚合酶聚合酶Ⅱ 羧基末端结构域羧基末端结构域(CTD)(CTD)：： 1 1、位置：、位置：RNA聚合酶聚合酶Ⅱ最大亚基最大亚基羧基末端羧基末端 2、结构特点：、结构特点： （（1））具有具有7个氨基酸个氨基酸(Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser -Pro-Ser) 的重复序列（酵母：重复的重复序列（酵母：重复2626次；哺乳类：次；哺乳类：5252次）次） （（2 2）多个磷酸化位点：）多个磷酸化位点：Ser、、Thr 3、作用：、作用： CTD磷酸化对调控基因转录有重要作用磷酸化对调控基因转录有重要作用：： （（1））CTD去磷酸化，去磷酸化，RNA聚合酶聚合酶II易与易与DNA 结合，这种构象适于转录的起始；结合，这种构象适于转录的起始； （（2））CTD磷酸化可使磷酸化可使RNA聚合酶聚合酶II与与DNA的的 结合变得松弛，形成适于延伸的构象结合变得松弛，形成适于延伸的构象 RNA聚合酶II自身不能起始转录，需要依靠自身不能起始转录，需要依靠转录因子的协助。
转录因子的协助 （三）（三）RNApol II 的转录因子的转录因子 TF II D TBP（（TATA盒结合蛋白）盒结合蛋白） + TAFs（（TBP协同因子协同因子 ））—— 结合在结合在DNA小沟（其他小沟（其他DNA结合蛋白为大沟），识结合蛋白为大沟），识 别和结合核心启动子别和结合核心启动子(TATA盒和盒和Inr) TF II A—— 含数个亚基，可能通过解除含数个亚基，可能通过解除TAFs的抑制而激活的抑制而激活TBP TF II B —— 覆盖靠近起始点的启动位置，覆盖靠近起始点的启动位置，C端与端与TFIID和和DNA 的复合物结合，的复合物结合，N-端与端与TFⅡF协同作用募集协同作用募集RNA聚聚 合酶合酶II TF II F ——结合结合Pol II并带向启动子；并带向启动子；RAP74（（ATP依赖性解依赖性解旋酶），旋酶），RAP30（与细菌（与细菌 因子有同源性）因子有同源性） TF II E —— 扩大扩大DNA覆盖区至覆盖区至+30 TF II H 和和TF II J —— H有激酶活性，有激酶活性， 使使Pol II 的的CTD 磷酸化磷酸化 ，，PolⅡPolⅡ 离开启动子区离开启动子区 （（1）） TFIID: § TBP（（TATA盒结合蛋白）盒结合蛋白） + TAFs（（TBP协同因协同因子子 ）） TBPTAFsTATA-20-10+10-30-40+20（四）（四）RNA PolⅡ基因转录的过程基因转录的过程1、转录起始、转录起始 TBP的作用的作用----定位因子定位因子 a、在、在TATA框处与框处与DNA结合结合 b、是所有三种、是所有三种RNA聚聚合酶转录起始所需的合酶转录起始所需的因子因子 TBP的作用机制：的作用机制： a 、两个结构域形成一个完全二元对称的马鞍型、两个结构域形成一个完全二元对称的马鞍型 结构，与结构，与DNA小沟有效结合小沟有效结合 b、、TBP 与与DNA 结结合，使合，使DNA 弯曲弯曲了了约约80° °，， TATA 盒向盒向大大沟弯曲沟弯曲，，拓宽拓宽了小了小沟沟。
（（2）） TFIIA§含有至少含有至少3个亚基个亚基§与TFIID结合，稳定结合，稳定TFIID-DNA复合体；可能通过解除复合体；可能通过解除TAFs的抑制而激活的抑制而激活TBPTF II A （（3）） TFIIB § 覆盖靠近起始点的启动位置，覆盖靠近起始点的启动位置，C端与端与TFIID和和DNA的复的复合物结合，合物结合，N-端与端与TFⅡF协同作用募集协同作用募集RNA聚合酶聚合酶II§TFIIB与与TFIID结合，并为结合，并为RNA聚合酶结合起一个桥梁聚合酶结合起一个桥梁作用TF II B （（4）与）与RNA聚合酶与聚合酶与TFIIF相连的复合体结合相连的复合体结合TF II FPol IITF II F结合结合Pol II并带向启动子；并带向启动子；两个亚基：两个亚基：RAP74（（ATP依赖性解旋酶），依赖性解旋酶），可可能能参参与与DNA 双双链链的的溶溶解解RAP30（与细菌（与细菌 因子有同源性），因子有同源性），与RNA 聚合酶Ⅱ紧密结合 （（5））TF II E 扩大扩大DNA覆盖区至覆盖区至+30TF II E （（6））TF II H 和和TF II J加入复合物加入复合物 （（7））TF II H§有多种酶活性，包括有多种酶活性，包括ATP酶、解旋酶、和可使酶、解旋酶、和可使Pol II 的的CTD 磷酸化的激酶活性。
磷酸化的激酶活性§ Pol II 的的CTD 磷酸化磷酸化 ，， TF II 在在PolPolⅡⅡ离开启动离开启动 子前子前释放，形成适于释放，形成适于 延伸的构象延伸的构象§ Pol II 离开启动子区，离开启动子区， 进入延伸阶段进入延伸阶段 RNA聚合酶聚合酶Ⅱ起始复合物的组装起始复合物的组装启动子启动子TATA盒盒+ TFⅡD + TFⅡA + + TFⅡB +(RNA聚合酶聚合酶+ TFⅡF)复合物复合物 +TFⅡE 、、TFⅡJ +TFⅡH（解旋酶、蛋白激酶）（解旋酶、蛋白激酶）DNA解旋、解旋、RNA聚合酶聚合酶Ⅱ的的 CTD磷酸化磷酸化 polⅡ从转录因子中释放出来从转录因子中释放出来 从起始点向下游移动从起始点向下游移动 2、转录的终止、转录的终止（（1）终止位点：）终止位点： 目前还不清楚目前还不清楚RNA聚合酶聚合酶Ⅱ基因的精确终止位点基因的精确终止位点（（2））AAUAAA序列：序列： 初始转录物初始转录物3’末端的保守序列末端的保守序列 对于转录产物的准确切割及加对于转录产物的准确切割及加poly（（A）是必须的）是必须的 起始延伸AAUAAA5’ capAAUAAAAn5’ capPoly(A)聚合酶RNA内切酶AAUAAA识别因子 （（3））多聚多聚A尾的添加尾的添加 a、、RNA聚合酶聚合酶Ⅱ并不在并不在AAUAAA 序列或序列或poly（（A）添加位点终止，而往往继续转录，因）添加位点终止，而往往继续转录，因此大部此大部 分已知基因的初级转录产物拥有分已知基因的初级转录产物拥有poly（（A）添加位点下游）添加位点下游0.5~2kb核苷酸序列核苷酸序列 b、内切酶切开、内切酶切开mRNA 3’端的特定部位端的特定部位 c、、poly（（A）合成酶催化多聚腺苷酸的反应）合成酶催化多聚腺苷酸的反应 Question 1、试述、试述TBP对真核基因转录的作用对真核基因转录的作用2、、RNA聚合酶聚合酶II的启动子有哪些基本元的启动子有哪些基本元 件，各件，各 元件的作用是什么元件的作用是什么3、试述、试述RNA聚合酶聚合酶II羧基末端结构域（羧基末端结构域（CTDCTD）的）的结构特点及对基因转录的作用结构特点及对基因转录的作用 。